(57)【要約】【課題】  一酸化炭素シフト反応部内の触媒の耐久性を低下させることなく同触媒を短時間にて活性温度域まで加熱して、改質装置の起動時間を短縮する。【解決手段】  燃料電池システムは、ＣＯ選択酸化部２４から導出される改質ガスおよび酸化剤ガスを導入して内蔵の燃焼触媒によって燃焼し、その燃焼ガスとＣＯシフト部２３に供給されている改質ガスとの間で熱交換することにより、ＣＯシフト部２３を加熱する暖機ユニット８６と、暖機ユニット８６とＣＯ選択酸化部２４への酸化剤ガスをその供給量を調整可能に分配する第１および第２空気バルブ６４，９７とを備えている。制御装置３０は、起動時に第１および第２空気バルブ６４，９７を制御して暖機ユニット８６とＣＯ選択酸化部２４への酸化剤ガスの供給量比を、シフト触媒および選択酸化触媒の活性温度域を考慮して設定された所定比とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された燃料を内部に充填された改質触媒によって改質することにより水素を含む改質ガスを生成して導出する改質部と、該改質部から導出された改質ガス中の一酸化炭素濃度を内部に充填されたシフト触媒によって低減して導出する一酸化炭素シフト反応部と、該一酸化炭素シフト反応部から導出された改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填された選択酸化触媒による供給された酸化剤ガスとの酸化によってさらに低減して燃料電池に供給する一酸化炭素選択酸化部を備えた燃料電池システムにおいて、
前記一酸化炭素選択酸化部から導出される改質ガスおよび酸化剤ガスを導入して内蔵の燃焼触媒によって燃焼し、その燃焼ガスと前記一酸化炭素シフト反応部に供給されている改質ガスとの間で熱交換し、またはその燃焼熱によって前記一酸化炭素シフト反応部を直接加熱することにより、前記一酸化炭素シフト反応部を加熱する暖機手段と、
前記暖機手段および前記一酸化炭素選択酸化部に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記酸化剤ガス供給手段に設けられて、前記暖機手段と一酸化炭素選択酸化部への酸化剤ガスをその供給量を調整可能に分配する酸化剤ガス分配手段と、
起動時に、前記酸化剤ガス分配手段を制御して前記暖機手段と一酸化炭素選択酸化部への酸化剤ガスの供給量比を、前記シフト触媒および選択酸化触媒の活性温度域を考慮して設定された所定比とする制御手段とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記暖機手段は複数の熱交換部からなり、各熱交換部にはそれぞれ前記酸化剤ガスが分配されて供給されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２において、前記暖機手段の複数の熱交換部のうち何れかは、少なくとも前記一酸化炭素シフト反応部の改質ガス導入口または同改質ガス導入口と改質ガス導出口の中間位置の何れかに設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、改質水を前記改質部に供給する改質水供給手段をさらに備え、該改質水供給手段は、前記暖機手段が稼動中に通常運転中の供給量より多い量の改質水を供給することにより、前記一酸化炭素シフト反応部を昇温することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給された燃料を内部に充填された改質触媒によって改質することにより水素を含む改質ガスを生成して燃料電池に導出する改質部を備えた燃料電池システムに関し、特に、早期起動性を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムとしては、供給された燃料を内部に充填された改質触媒によって改質することにより水素を含む改質ガスを生成して導出する改質部と、この改質部から導出された改質ガス中の一酸化炭素濃度を内部に充填されたシフト触媒によって低減して導出する一酸化炭素シフト反応部と、この一酸化炭素シフト反応部から導出された改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填された選択酸化触媒による供給された酸化剤ガスとの酸化によってさらに低減して燃料電池に供給する一酸化炭素選択酸化部を備えたものが知られている。
【０００３】
このような燃料電池システムにおいては、一酸化炭素を所定濃度（１０ｐｐｍ程度）含有する改質ガスを得るために、各触媒をそれぞれの活性温度域まで昇温するようにしている。すべての触媒が活性温度域に到達するのにかかる時間が暖機時間であり、この時間をできるだけ短くして早期暖機性（早期起動）を向上させることが要請されている。
【０００４】
この問題を解決するものとして、特許文献１に記載の燃料電池用燃料ガス生成装置がある。この装置においては、液体原燃料を蒸気化して燃料蒸気を生成する蒸発器２２と、蒸発器２２により生成された燃料蒸気に改質空気を加えて部分酸化させた原燃料ガスから水素を含んだ改質ガスを生成するオートサーマル改質器１１と、オートサーマル改質器１１により生成された前記改質ガスにＣＯ除去空気を加えることにより一酸化炭素が除去された燃料ガスを生成するＣＯ除去器１３と、を備えた燃料電池用燃料ガス生成装置１において、燃料電池用燃料ガス生成装置の暖機時における前記改質空気の供給量を、暖機完了後のアイドル運転時における改質空気供給量よりも増大するように制御する。
【０００５】
また、特許文献２に記載の改質装置がある。この装置においては、起動時に一酸化炭素シフト反応部の入口にエアを導入し、自ら生成した改質ガス（水素）と燃焼させてこの燃焼ガスによって加熱している。
【０００６】
また、特許文献３に記載の燃料電池システム及び燃料電池コジェネレーション給湯システムにおいては、燃料電池システムは、炭化水素系の原燃料からＨ2とＣＯとを生成するための燃料改質器（６）と、燃料改質器（６）で生成したＣＯから水性ガスシフト反応によってＨ2とＣＯ2とを生成するためのＣＯ変成器（７）と、燃料改質器（６）及びＣＯ変成器（７）おいて生成したＨ2を燃料として発電する燃料電池（１）と、起動時からの所定時間、ＣＯ変成器（７）において燃料改質器（６）で生成したＨ2の燃焼反応をさせるためにＣＯ変成器（７）にＯ2を供給するＯ2供給手段とを備えるものとする。Ｏ2供給手段は、Ｏ2供給量を制御するＯ2供給量制御手段（第１開閉弁１１）を備えており、Ｐｔ触媒の温度が温度センサにより検知され、それに応じてＣＯ変成器７への空気の供給量が制御される。すなわち、触媒温度の上昇に伴って第１開閉弁１１の開閉度を調節してＣＯ変成器７に供給する空気量を減らし、Ｈ2の燃焼反応を抑制することによって触媒温度が５００℃を越えることがないよう制御がなされている。
【０００７】
また、特許文献４に記載の燃料電池システムの制御装置がある。この装置においては、燃料と水とを原燃料とする原燃料蒸気から水素を含む改質ガスを生成する改質触媒（３）と、改質ガスと空気とを用いて発電する燃料電池スタック（１）と、燃料電池スタックから排出される排ガスを燃焼する燃焼触媒（９）とを備える燃料電池システムにおいて、前記燃焼触媒に流入する改質ガスの流量と改質ガスの成分の濃度を検出し、この検出結果に基づき、燃焼触媒の温度が許容温度となるように燃焼触媒に供給する空気量を流量調整弁１２ｄおよびコンプレッサ２により制御する。これにより、異常高温による燃焼触媒の劣化を抑制する。
【特許文献１】特開２００２−１９８０８１号公報（第頁、第１図〜第３図）
【特許文献２】特開平１１−４３３０３号公報（第４，５頁、第１図〜第３図）
【特許文献３】特開２００１−１７６５３３号公報（第頁、第１図〜第３図）
【特許文献４】特開２００２−３１６８０１号公報（第頁、第１図〜第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１〜３に記載の装置においては、一酸化炭素シフト反応部の触媒を短時間にて触媒の活性温度域まで上昇させることができるものの、高温（５００度以上）の燃焼ガスが一酸化炭素シフト反応部内の触媒を直接加熱するので、ヒートスポットが発生しやすくなり、そこで触媒の劣化が急激に進行し同触媒の耐久性を著しく低下させるという問題があった。また、特許文献４に記載の装置においては、燃焼触媒への流量のみを調整しており、他の構成（起動用燃焼器１０および予混合器１１）への流量との関係において、関連付けて流量を制御していない。
【０００９】
本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、一酸化炭素シフト反応部内の触媒の耐久性を低下させることなく同触媒を短時間にて活性温度域まで加熱して、改質装置の起動時間を短縮し、また起動に必要な投入エネルギを低減し、運転時の平均発電効率を上昇させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、供給された燃料を内部に充填された改質触媒によって改質することにより水素を含む改質ガスを生成して導出する改質部と、この改質部から導出された改質ガス中の一酸化炭素濃度を内部に充填されたシフト触媒によって低減して導出する一酸化炭素シフト反応部と、この一酸化炭素シフト反応部から導出された改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填された選択酸化触媒による供給された酸化剤ガスとの酸化によってさらに低減して燃料電池に供給する一酸化炭素選択酸化部を備えた燃料電池システムにおいて、一酸化炭素選択酸化部から導出される改質ガスおよび酸化剤ガスを導入して内蔵の燃焼触媒によって燃焼し、その燃焼ガスと一酸化炭素シフト反応部に供給されている改質ガスとの間で熱交換し、またはその燃焼熱によって一酸化炭素シフト反応部を直接加熱することにより、一酸化炭素シフト反応部を加熱する暖機手段と、暖機手段および一酸化炭素選択酸化部に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、酸化剤ガス供給手段に設けられて、暖機手段と一酸化炭素選択酸化部への酸化剤ガスをその供給量を調整可能に分配する酸化剤ガス分配手段と、起動時に、酸化剤ガス分配手段を制御して暖機手段と一酸化炭素選択酸化部への酸化剤ガスの供給量比を、シフト触媒および選択酸化触媒の活性温度域を考慮して設定された所定比とする制御手段とを備えたことである。
【００１１】
また、請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、暖機手段は複数の熱交換部からなり、各熱交換部にはそれぞれ酸化剤ガスが分配されて供給されていることである。
【００１２】
また、請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、暖機手段の複数の熱交換部のうち何れかは、少なくとも一酸化炭素シフト反応部の改質ガス導入口または同改質ガス導入口と改質ガス導出口の中間位置の何れかに設けられていることである。
【００１３】
また、請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、改質水を改質部に供給する改質水供給手段をさらに備え、この改質水供給手段は、暖機手段が稼動中に通常運転中の供給量より多い量の改質水を供給することにより、一酸化炭素シフト反応部を昇温することである。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、燃料電池システムの起動時に、酸化剤ガス分配手段を制御して暖機手段と一酸化炭素選択酸化部への酸化剤ガスの供給量比が、シフト触媒および選択酸化触媒の活性温度域を考慮して設定された所定比となるように、暖機手段および一酸化炭素選択酸化部に酸化剤ガスがそれぞれ供給される。したがって、暖機手段によって一酸化炭素シフト反応部が速やかに暖機されるとともに一酸化炭素選択酸化部も暖機されるので、燃料電池システム全体として効率よくかつ早期に暖機することができる。また、起動に必要な投入エネルギを低減し、運転時の平均発電効率を上昇させる。
【００１５】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１の燃料電池システムにおいて、暖機手段は複数の熱交換部からなり、各熱交換部にはそれぞれ酸化剤ガスが分配されて供給されていることにより、一酸化炭素シフト反応部を複数箇所から暖機するので、一酸化炭素シフト反応部の暖機時間をより短縮することができ、結果として燃料電池システムの暖機時間をより短縮することができる。
【００１６】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項２の燃料電池システムにおいて、暖機手段の複数の熱交換部のうち何れかは、少なくとも一酸化炭素シフト反応部の改質ガス導入口または同改質ガス導入口と改質ガス導出口の中間位置の何れかに設けられていることにより、一酸化炭素シフト反応部を効率よく暖機することができる。
【００１７】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１乃至請求項３の何れか一項の燃料電池システムにおいて、改質水を改質部に供給する改質水供給手段をさらに備え、この改質水供給手段は、暖機手段が稼動中に通常運転中の供給量より多い量の改質水を供給することにより、一酸化炭素シフト反応部を昇温することにより、一酸化炭素シフト反応部の暖機時間をさらに短縮することができ、結果として燃料電池システムの暖機時間をさらに短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による燃料電池システムの一実施の形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、図１に示すように、燃料電池１０と燃料電池１０に必要な水素ガスを生成する水蒸気改質方式の改質装置２０を備えている。燃料電池１０は、燃料極１１と空気極１２を備えており、燃料極１１に供給された改質ガスおよび空気極１２に供給された空気（カソードエア）を用いて発電するものである。
【００１９】
改質装置２０は、燃料を改質する改質部２１と、改質部２１から導出された改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）２３と、ＣＯシフト部２３から導出された改質ガスに含まれる一酸化炭素をさらに除去する一酸化炭素選択酸化部（以下、ＣＯ選択酸化部という）２４から構成されている。燃料としては天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリン、メタノールなどがあり、本実施の形態においては天然ガスにて説明する。
【００２０】
改質部２１は、有底筒状に形成されて下方に開放するように配置され、かつ内部に触媒（改質触媒）２１ａが充填された反応室２１ｂを備えている。改質部２１には燃焼部２２が設けられている。燃焼部２２は、反応室２１ｂに密接して設けられて反応室２１ｂを加熱する加熱室２２ａと、加熱室２２ａに高温の燃焼ガスを供給するバーナ２２ｂとから構成されている。
【００２１】
反応室２１ｂには燃料供給源Ｓf（例えば都市ガス管）に接続された燃料供給管４１が接続されており、燃料供給源Ｓｆから燃料が供給されている。燃料供給管４１には、上流から順番に第１燃料バルブ４２、燃料ポンプ４３、脱硫器４４、第２燃料バルブ４５および熱交換部４６が設けられている。第１および第２燃料バルブ４２，４５は制御装置３０の指令によって燃料供給管４１を開閉するものである。燃料ポンプ４３は燃料供給源Ｓｆから供給される燃料を吸い込み改質部２１の反応室２１ｂに吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて燃料供給量を調整するものである。脱硫器４４は燃料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。熱交換部４６は改質部２１からＣＯシフト部２３へ供給される高温の改質ガスとの間で熱交換が行われて予熱された燃料を改質部２１の反応室２１ｂに供給するものである。これにより、燃料は硫黄分が除去され予熱されて反応室２１ｂに供給される。
【００２２】
また、燃料供給管４１の第２燃料バルブ４５と熱交換部４６との間には蒸発器５５に接続された水蒸気供給管５２が接続され、蒸発器５５から供給された水蒸気が燃料に混合されて改質部２１の反応室２１ｂに供給されている。蒸発器５５には改質水供給源である水タンクＳｗに接続された給水管５１が接続されている。給水管５１には、上流から順番に水ポンプ５３および水バルブ５４が設けられている。水ポンプ５３は水タンクＳｗから供給される改質水を吸い込み蒸発器５５に吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて改質水供給量を調整するものである。水バルブ５４は制御装置３０の指令によって給水管５１を開閉するものである。給水管５１は加熱室２２ａの外周に巻きつけられており、給水管５１内の流水が加熱室２２ａの高熱によって予熱される。蒸発器５５には一端が加熱室２２ａに接続され他端が外部に開放されている排気管８１が貫設されており、蒸発器５５は供給される予熱された改質水を排気管８１を流れる加熱室２２ａから外部へ排出される燃焼ガス（排気ガス）によって加熱して水蒸気にし、反応室２１ｂに供給するものである。これにより、改質水は予熱されて蒸発器５５に供給され、水蒸気となって反応室２１ｂに供給される。なお、本第１の実施の形態においては、給水管５１であって加熱室２２ａに巻きつけられた部分と蒸発器５５とから蒸発部５６が構成されている。なお、蒸発器５５には内部温度を検出する温度センサ５５ａが設けられている。また、燃料供給管４１と水蒸気供給管５２の合流点には、燃料と水蒸気の混合ガスの温度を検出する温度センサ４６ａが設けられている。
【００２３】
反応室２１ｂは、後述するようにバーナ２２ｂの燃焼ガスによって加熱されており、反応室２１ｂ内に供給された燃料と水蒸気は、下記化１に示すように、改質触媒２１ａ（例えば、Ｒｕ、Ｎｉ系の触媒）により反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に反応室２１ｂ内では、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素が、下記化２に示すように、水蒸気と反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は熱交換部４６を通って降温されてＣＯシフト部２３に導出される。なお、反応室２１ｂ内には改質触媒２１ａの温度を検出する温度センサ２１ａ１が設けられている。
【００２４】
（化１）
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ−Ｑ１
（化２）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２＋Ｑ２
【００２５】
水蒸気改質反応は吸熱反応であり、上記化１から明らかなように右側に反応が進む際に熱量Ｑ１が吸熱され、逆に左側に反応が進む際に熱量Ｑ１が発熱される。また、一酸化炭素シフト反応は発熱反応であり、上記化２から明らかなように右側に反応が進む際に熱量Ｑ２が発熱され、逆に左側に反応が進む際に熱量Ｑ２が吸熱される。
【００２６】
ＣＯシフト部２３においては、供給された改質ガスに含まれる一酸化炭素が、上記化２に示すように、ＣＯシフト部２３内に充填されたシフト触媒２３ａ（例えば、Ｐｔ系の触媒）により水蒸気と反応して水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これにより、改質ガスは前述した一酸化炭素シフト反応によって一酸化炭素濃度が低減されて導出される。また、ＣＯシフト部２３内にはシフト触媒２３ａの温度を検出する温度センサ２３ａ１が設けられている。また、ＣＯシフト部２３は折り返し構造のものであり、下部中央から改質ガスを導入し、上部にて折り返し下部側面から導出するようになっている。
【００２７】
ＣＯシフト部２３は、図２に示すように、外筒２３ｈと、外筒２３ｈより軸方向が短く形成されて外筒２３ｈと同軸に配置された内筒２３ｂから構成されている。外筒２３ｈおよび内筒２３ｂの各下端縁には環状に形成された底板２３ｃの外周縁および内周縁が一体的に取り付け固定されている。外筒２３ｈの上端縁には円板状に形成された天板２３ｄの外周縁が一体的に取り付け固定され、天板２３ｄと内筒２３ｂの上端との間には隙間が形成されている。外筒２３ｈの外周下部には導出口２３ｅが径方向外方に延ばして設けられている。これにより、導入口である底板２３ｃの開口２３ｆは内筒２３ｂ内部、および内筒２３ｂと外筒２３ｈとの間の空間を通じて導出口２３ｅに連通している。なお、ＣＯシフト部２３は金属材（例えばステンレス材）で一体的に形成されている。
【００２８】
また、ＣＯシフト部２３の導入口２３ｆには、円板状に形成されて多数の孔を有する第１支持部材２３ｇが取り付けられ、この第１支持部材２３ｇにより内筒２３ｂに充填された触媒２３ａが支持されている。また、外筒２３ｈと内筒２３ｂの間の下方にも底板２３ｃから距離を置いて環状円板に形成されて多数の孔を有する第２支持部材２３ｉが取り付けられ、この第２支持部材２３ｉにより外筒２３ｈと内筒２３ｂとの間に充填された触媒２３ａが支持されている。さらに、ＣＯシフト部２３の内筒２３ｂ内下部には触媒２３ａの温度を検出する温度センサ２３ａ１が設けられている。
【００２９】
また、燃料電池システムは暖機手段としての暖機ユニット８６を備えている。暖機ユニット８６は、ＣＯシフト部２３から導出される改質ガス（より具体的にはＣＯ選択酸化部２４から排出される改質ガス）および酸化剤ガスである空気を導入して内蔵の燃焼触媒（例えば、パラジウム系の触媒やパラジウム・白金系の触媒）によって燃焼し、その燃焼ガスとＣＯシフト部２３に供給されている改質ガスとの間で熱交換することにより、ＣＯシフト部２３を加熱するものである。暖機ユニット８６はＣＯシフト部２３の下部および上部にそれぞれ設けられた第１および第２熱交換器８７ａ，８７ｂとから構成されている。第１熱交換器８７ａは、ＣＯシフト部２３に導入される改質ガスを燃焼ガスとの間で熱交換するものであり、第２熱交換器８７ｂは、ＣＯシフト部２３の折り返し部を通過している改質ガスを燃焼ガスとの間で熱交換するものである。また、第１および第２熱交換器８７ａ，８７ｂは、通常運転時には高温である改質ガスをシフト反応温度まで降温させることも可能である。
【００３０】
第１熱交換器８７ａは中央部が断面四角状に形成され上部および下部が断面円形に形成された筐体８７ａ１を備えており、筐体８７ａ１の上端および下端はＣＯシフト部２３の導入口２３ｆおよび改質装置２０の熱交換部４６の導出口にそれぞれ気密に固定されている。互いに対向する筒体８７ａ１の左右側壁８７ａ２，８７ａ３の外壁面には気密な左右側室８７ａ４，８７ａ５がそれぞれ設けられている。左右側室８７ａ４，８７ａ５は、ほぼ水平方向に延在させて左端および右端が左右側室８７ａ４，８７ａ５に気密に固定された複数の熱交換パイプ８７ａ６によって連通している。熱交換パイプ８７ａ６内には、燃焼触媒８７ａ７が充填されている。右側室８７ａ５には一端がＣＯ選択酸化部２４に接続されている燃焼用オフガス供給管８８の他端が接続されており、燃焼器用空気供給管８９から供給された空気と燃焼用オフガス供給管８８から供給されたオフガスは合流点８８ａで混合され右側室８７ａ５に供給される。左側室８７ａ４には一端が第２熱交換器８７ｂの左側室８７ｂ４に接続されている燃焼ガス供給管９０の他端が接続されている。
【００３１】
第２熱交換器８７ｂも、第１熱交換器８７ａと同様に構成されており、筐体８７ｂ１、左右側壁８７ｂ２，８７ｂ３、左右側室８７ｂ４，８７ｂ５、熱交換パイプ８７ｂ６、燃焼触媒８７ｂ７から構成されている。右側室８７ｂ５後段下流にはバーナ２２ｂが接続され、左側室８７ｂ４には燃焼ガス供給管９０を介して第１熱交換器８７ａが接続されている。また、燃焼ガス供給管９０には燃焼器用空気供給管８９から分岐された供給管８９ａが接続されており、酸化剤ガスである空気が第２熱交換器８７ｂにも供給されるようになっている。
【００３２】
ＣＯ選択酸化部２４から燃料電池１０を通らず供給された改質ガス（改質オフガス）は、凝縮器７７、第２改質ガスバルブ７６および凝縮器７８を介して右側室８７ａ５を通って熱交換パイプ８７ａ６に供給され、熱交換パイプ８７ａ６において同時に供給されている酸化剤ガスによって燃焼触媒８７ａ７にて燃焼され、その燃焼ガスは左側室８７ａ４を通って第２熱交換器８７ｂに供給される。一方、改質装置２０の熱交換部４６から供給された改質ガスは、筐体８７ａ１の下方から流入して筐体８７ａ１内を高温である熱交換パイプ８７ａ６の間を通ってＣＯシフト部２３の導入口２３ｆから内筒２３ｂ内部に供給される。これにより、低温である改質ガスが燃焼ガスまたは燃焼触媒８７ａ７との熱交換により昇温される。なお、熱交換パイプ８７ａ６内部および熱交換パイプ８７ａ６間には図示しないフィンが設けられており、熱交換の効率を向上させることができる。また、第１熱交換器８７ａはステンレス材で形成されており、耐久性を向上させることができる。
【００３３】
第１熱交換器８７ａの導入口には、凝縮器７８の下流にてオフガス供給管７２から分岐した燃焼用オフガス供給管８８が接続されており、ＣＯ選択酸化部２４からの改質ガス（改質オフガス）が供給されるようになっている。空気ポンプ６３と第１空気バルブ６４の間にて酸化用空気供給管６１から分岐した燃焼器用空気供給管８９が燃焼用オフガス供給管８８に合流点８８ａにて合流されており、空気供給源Ｓａからの酸化剤ガスである空気が第１熱交換器８７ａに供給されるようになっている。さらに、第１熱交換器８７ａの導出口には第２熱交換器８７ｂを経由してバーナ２２ｂの上流にてオフガス供給管７２に合流する燃焼ガス供給管９０が接続されており、燃焼ガス（未燃焼の改質ガスを含む）が第２熱交換器８７ｂを通ってバーナ２２ｂに供給されるようになっている。燃焼ガスバイパス管９１は、第２熱交換器８７ｂをバイパスして燃焼ガス供給管９０およびオフガス供給管７２を直結するものであり、第１熱交換器８７ａから排出される燃焼ガスが第２熱交換器８７ｂを経由しないで直接バーナ２２ｂに供給するようになっている。
【００３４】
オフガス供給管７２には、燃焼用オフガス供給管８８との分岐点と、燃焼ガス供給管９０および燃焼ガスバイパス管９１との合流点との間に第２オフガスバルブ９２が設けられている。燃焼用オフガス供給管８８には、オフガス供給管７２との分岐点と燃焼器８６との間に第３オフガスバルブ９３が設けられている。第２および第３オフガスバルブ９２，９３はそれぞれの管を開閉するものであり、ＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスまたは燃料電池１０からのアノードオフガスをバーナ２２ｂまたは暖機ユニット８６に供給するように、制御装置３０により開閉制御されている。
【００３５】
燃焼ガス供給管９０には、第１熱交換器８７ａと第２熱交換器８７ｂとの間に第１燃焼ガスバルブ９４が設けられ、燃焼ガスバイパス管９１には第２燃焼ガスバルブ９５が設けられている。第１および第２燃焼ガスバルブ９４，９５はそれぞれの管を開閉するものであり、第１熱交換器８７ａのみによってＣＯシフト部２３を暖機する場合には、制御装置３０によって第１燃焼ガスバルブ９４を閉じ第２燃焼ガスバルブ９５を開き、第１および第２熱交換器８７ａ，８７ｂによってＣＯシフト部２３を暖機する場合には、第１燃焼ガスバルブ９４を開き第２燃焼ガスバルブ９５を閉じる。
【００３６】
燃焼器用空気供給管８９には、酸化用空気供給管６１の分岐点と供給管８９ａの分岐点との間に第２空気バルブ９７が設けられている。第２空気バルブ９７は、第１空気バルブ６４と同様に、制御装置３０の指令によって燃焼器用空気供給管８９を開閉するものであり、また開状態のとき流量を調整するものである。これにより、所定量の空気（酸化剤ガスである）が暖機ユニット８６に供給される。また、燃焼器用空気供給管８９には、供給管８９ａの分岐点と分岐点８８ａとの間に第３空気バルブ９８が設けられている。第３空気バルブ９８は、第１空気バルブ６４と同様に、制御装置３０の指令によって燃焼器用空気供給管８９を開閉するものであり、また開状態のとき流量を調整するものである。さらに、供給管８９ａには第４空気バルブ９９が設けられている。第４空気バルブ９９は、第１空気バルブ６４と同様に、制御装置３０の指令によって供給管８９ａを開閉するものであり、また開状態のとき流量を調整するものである。第３空気バルブ９８を開いて空気を第１熱交換器８７ａに供給し、第４空気バルブ９９を開いて空気を第２熱交換器８７ｂに供給する。このとき、第３および第４バルブ９８，９９の開度を調整し供給量比を調整することができる。なお通常起動においては、第３空気バルブ９８を開き第４空気バルブ９９を閉じて空気を第１熱交換器８７ａの上流からのみ供給している。
【００３７】
ＣＯシフト部２３から導出された一酸化炭素濃度が低減された改質ガスは、ＣＯ選択酸化部２４に供給される。一方、ＣＯ選択酸化部２４には、空気供給源Ｓａに接続された酸化用空気供給管６１が接続されており、空気供給源Ｓａ（例えば大気）から酸化剤ガスである空気が供給されている。酸化用空気供給管６１には、上流から順番にフィルタ６２、空気ポンプ６３および第１空気バルブ６４が設けられている。フィルタ６２は空気を濾過するものである。空気ポンプ６３は空気供給源Ｓａから供給される空気を吸い込みＣＯ選択酸化部２４に吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて空気供給量を調整するものである。第１空気バルブ６４は制御装置３０の指令によって酸化用空気供給管６１を開閉するものであり、また開状態のとき流量を調整するものである。これにより、所定量の空気がＣＯ選択酸化部２４に供給される。
【００３８】
ＣＯ選択酸化部２４に供給された改質ガスに残留している一酸化炭素は、下記化３に示すように、ＣＯ選択酸化部２４に充填された触媒２４ａ（例えば、Ｒｕ系またはＰｔ系の触媒）により上述のように供給された空気中の酸素と反応して二酸化炭素になる。これにより、改質ガスは酸化反応によって一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）導出されて、燃料電池１０の燃料極１１に供給されるようになっている。なお、改質ガス中の水素も酸化されて水となる。
【００３９】
（化３）
ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２＋Ｑ３
この反応は発熱反応であり、上記化３から明らかなように右側に反応が進む際に熱量Ｑ３が発熱され、逆に左側に反応が進む際に熱量Ｑ３が吸熱される。
【００４０】
燃料電池１０の燃料極１１の導入口には改質ガス供給管７１を介してＣＯ選択酸化部２４が接続されており、燃料極１１に改質ガスが供給されるようになっている。燃料極１１の導出口にはオフガス供給管７２を介してバーナ２２ｂが接続されており、燃料電池１０から排出されるアノードオフガス（燃料極１１にて未使用な水素を含んだ改質ガス）をバーナ２２ｂに供給するようになっている。バイパス管７３は燃料電池１０をバイパスして改質ガス供給管７１およびオフガス供給管７２を直結するものである。改質ガス供給管７１にはバイパス管７３との分岐点と燃料電池１０との間に第１改質ガスバルブ７４が設けられている。オフガス供給管７２にはバイパス管７３との合流点と燃料電池１０との間に第１オフガスバルブ７５が設けられている。バイパス管７３には第２改質ガスバルブ７６が設けられている。第１および第２改質ガスバルブ７４，７６および第１オフガスバルブ７５はそれぞれの管を開閉するものであり、制御装置３０により制御されている。
【００４１】
また、燃料電池１０の空気極１２の導入口には、空気ポンプ６３の上流にて酸化用空気供給管６１から分岐したカソード用空気供給管６７の先端が接続されており、空気極１２内に酸化剤ガスである空気が供給されるようになっている。カソード用空気供給管６７には上流から順にカソード用空気ポンプ６８およびカソード用空気バルブ６９が設けられている。カソード用空気ポンプ６８は空気供給源Ｓａから供給される空気を吸い込み燃料電池の空気極１２に吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じてカソード用空気供給量を調整するものである。カソード用空気バルブ６９は制御装置３０の指令によってカソード用空気供給管６７を開閉するものである。さらに、燃料電池１０の空気極１２の導出口には、他端が外部に開放されている排気管８２の一端が接続されている。
【００４２】
また、バーナ２２ｂには、燃料ポンプ４３の上流にて燃料供給管４１から分岐した燃焼用燃料供給管４７が接続されており、燃焼用燃料が供給されるようになっている。燃焼用燃料供給管４７には燃焼用燃料ポンプ４８が設けられており、燃焼用燃料ポンプ４８は燃料供給源Ｓｆから供給される燃料を吸い込みバーナ２２ｂに吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて燃焼用燃料供給量を調整するものである。さらにバーナ２２ｂには空気ポンプ６３の上流にて酸化用空気供給管６１から分岐した燃焼用空気供給管６５が接続されており、燃焼用燃料、改質ガスまたはオフガスを燃焼させるための燃焼用空気が供給されるようになっている。燃焼用空気供給管６５には燃焼用空気ポンプ６６が設けられており、燃焼用空気ポンプ６６は空気供給源Ｓａから供給される空気を吸い込みバーナ２２ｂに吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて燃焼用空気供給量を調整するものである。バーナ２２ｂが制御装置３０の指令によって着火されると、バーナ２２ｂに供給された燃焼用燃料、改質ガスまたはアノードオフガスは燃焼されて高温の燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスが加熱室２２ａに供給されて反応室２１ｂが加熱されることにより改質触媒２１ａが加熱される。加熱室２２ａを通過した燃焼ガスは排気管８１および蒸発器５５を通って排気ガスとして外部に排気される。
【００４３】
また、改質ガス供給管７１、オフガス供給管７２および排気管８２の途中には、それぞれ改質ガス用凝縮器７７、アノードオフガス用凝縮器７８およびカソードオフガス用凝縮器７９が設けられている。改質ガス用凝縮器７７は改質ガス供給管７１中を流れる燃料電池１０の燃料極１１に供給される改質ガス中の水蒸気を凝縮する。アノードオフガス用凝縮器７８はオフガス供給管７２中を流れる燃料電池１０の燃料極１１から排出されるアノードオフガス中の水蒸気を凝縮する。カソードオフガス用凝縮器７９は排出管８２中を流れる燃料電池１０の空気極１２から排出されるカソードオフガス中の水蒸気を凝縮する。なお、各凝縮器７７〜７９には、図示しない貯湯槽の低温液体またはラジエータおよび冷却ファンによって冷却された液体が供給される冷媒管が貫設されており、この液体との熱交換によって各ガス中の水蒸気を凝縮している。
【００４４】
これら凝縮器７７，７８，７９は配管８４を介して純水器８５に連通しており、各凝縮器７７，７８，７９にて凝縮された凝縮水は、純水器８５に導出され回収されるようになっている。純水器８５は、各凝縮器７７，７８，７９から供給された凝縮水すなわち回収水を内蔵のイオン交換樹脂によって純水にするものであり、純水化した回収水を水タンクＳｗに導出するものである。なお、純水器８５には水道水供給源（例えば水道管）から供給される補給水（水道水）を導入する配管が接続されており、純水器８５内の貯水量が下限水位を下回ると水道水が供給されるようになっている。
【００４５】
また、燃料電池システムは制御手段である制御装置３０を備えており、この制御装置３０には、上述した各温度センサ２１ａ１，２３ａ１，５５ａ、各ポンプ４３，４８，５３，６３，６６，６８、各バルブ４２，４５，５４，６４，６９，７４，７５，７６，９２〜９５，９７、およびバーナ２２ｂが接続されている（図２参照）。制御装置３０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、図４，５のフローチャートに対応したプログラムを実行して、燃料電池システムの起動時に、第１および第２空気バルブ６４，９７を制御して暖機ユニット８６とＣＯ選択酸化部２４への酸化剤ガスの供給量比を、シフト触媒２３ａおよび選択酸化触媒２４ａの活性温度域を考慮して設定された所定比とするように制御している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。
【００４６】
なお、上述した酸化用空気供給管６１、燃焼器用空気供給管８９および空気ポンプ６３が、暖機ユニット８６とＣＯ選択酸化部２４へ酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段であり、上述した第１および第２空気バルブ６４，９７が、酸化剤ガス供給手段に設けられて、暖機ユニット８６とＣＯ選択酸化部２４への酸化剤ガスをその供給量を調整可能に分配する酸化剤ガス分配手段である。
【００４７】
また、上述した酸化剤ガス供給手段は、供給源としての空気ポンプ６３を一つだけ設け、空気ポンプ６３からの空気を酸化用空気供給管６１および燃焼器用空気供給管８９を介してＣＯ選択酸化部２４および暖機ユニット８６に供給するようにして、その供給量比を第１および第２空気バルブ６４，９７で調整して制御するようにしているが、酸化用空気供給管６１および燃焼器用空気供給管８９にそれぞれ供給源としてのポンプ（ブロア）を設け、ポンプの各吐出量をそれぞれ調整して供給量比を制御するようにしてもよい。
【００４８】
次に、上述した燃料電池システムの起動について図４〜図６を参照して説明する。制御装置３０は、時刻ｔ０にて図示しない起動スイッチがオンされると、図４に示すプログラムを実行して図６に示すように燃料電池システムを制御する。制御装置３０は、ステップ１０２にて、第１改質ガスバルブ７４、第１オフガスバルブ７５、第３オフガスバルブ９３、第２燃焼ガスバルブ９５および第３燃焼ガスバルブ９６を閉じ、第２改質ガスバルブ７６および第２オフガスバルブ９２を開いてＣＯ選択酸化部２４をバーナ２２ｂに接続し、第１燃料バルブ４２を開き第２燃料バルブ４５を閉じて燃焼用燃料ポンプ４８および燃焼用空気ポンプ６６を駆動して燃焼用燃料および燃焼用空気をバーナ２２ｂに供給してバーナ２２ｂを着火する。これにより、燃焼用燃料が燃焼され、燃焼ガスにより改質部２１内の改質触媒２１ａおよび蒸発器５５が加熱される。
【００４９】
制御装置３０は、温度センサ５５ａにより蒸発器５５の温度を検出し、この検出した温度が第１の所定温度Ｔｈ１以上となれば（時刻ｔ１）、水バルブ５４を開き、水ポンプ５３を駆動させ水タンクＳｗの水を改質部２１に供給する（ステップ１０４，１０６）。
【００５０】
制御装置３０は、蒸発器５５の温度が所定温度Ｔｈ１以上となった時点（時刻ｔ１）からタイマのカウントを開始する。タイマが第１所定時間Ｔ１（例えば１分）以上となれば（時刻ｔ２）、第２燃料バルブ４５を開いて燃料ポンプ４３を駆動させ燃料供給源Ｓfの燃料を所定流量（所定供給量：通常運転流量であり、例えばＳ／Ｃが３となる流量）だけ改質部２１に供給するとともに、第１空気バルブ６４を開いて空気ポンプ６３を駆動させ空気供給源Ｓａの空気を所定流量（所定供給量：通常運転流量）だけＣＯ選択酸化部２４に供給する（ステップ１０８，１１０）。これにより、改質部２１では上述した水蒸気改質反応および一酸化炭素シフト反応が生じて改質ガスが生成される。そして、改質部２１から導出された改質ガスはＣＯシフト部２３およびＣＯ選択酸化部２４により一酸化炭素ガスを低減されてＣＯ選択酸化部２４から導出され、燃焼部２２のバーナ２２ｂに供給され燃焼される。
【００５１】
このとき、制御装置３０は、図５に示すフローチャートに沿ってプログラムを並行して実行する。すなわち、制御装置３０は、ステップ１０６にて水バルブ５４を開いて改質水の供給を開始した上で、温度センサ４６ａに検出された燃料と水蒸気の混合ガスの温度が第３の所定温度Ｔｈ３（例えば１１０℃）以上となるまでの間だけ通常運転中の供給量より多い量の改質水を供給している。（ステップ２０２〜２０６）。
【００５２】
例えば、改質水の第２再生運転流量が通常運転流量の燃料に対してＳ／Ｃ（スチーム・カーボン比）＝１５となるように供給されている。このように所定温度まで加熱された改質部２１内に改質水のみ多量に投入されると、多量の水蒸気が発生し、この水蒸気が熱媒体として機能するため、改質触媒２１ａの熱伝導性が向上し燃焼部２２から供給される熱および局所的に熱せられた改質装置の熱容器から熱媒体に受熱された熱が触媒内を伝播しやすくなる。したがって、改質部２１が定常運転温度範囲より昇温される。これにより、短時間に高温化された改質ガスがＣＯシフト部２３に供給されることになる。さらに、前述した改質部２１に生じている改質水の多量投与による高温化は、ＣＯシフト部２３においても発生しているので、ＣＯシフト部２３が定常運転温度範囲より昇温される。
【００５３】
制御装置３０は、時刻ｔ２にて、第２オフガスバルブ９２を閉じ第３オフガスバルブ９３、および第１燃焼ガスバルブ９４を開いてＣＯ選択酸化部２４を第１熱交換器８７ａに接続し、ＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスを第１熱交換器８７ａに供給するとともに、第２空気バルブ９７を開いて空気供給源Ｓａの空気を第１熱交換器８７ａに供給する（ステップ１１０）。これにより、第１熱交換器８７ａにおいて改質ガスが燃焼され、その燃焼ガスは第２熱交換器８７ｂに供給され、第２熱交換器８７ｂにおいて改質ガスが燃焼され、その燃焼ガスはバーナ２２ｂに供給され、未燃焼で残っている可燃性ガスがバーナ２２ｂにて燃焼される。また、制御装置３０は、ステップ１１２において、第１および第２空気バルブ６４，９７を制御して暖機ユニット８６とＣＯ選択酸化部２４への酸化剤ガスの供給量比または供給量を調整している。
【００５４】
第１熱交換器８７ａにおいては起動時でまだ低温であるＣＯシフト部２３に導入される改質ガスが燃焼ガスとの間で熱交換されて昇温され、ＣＯシフト部２３においては、昇温された改質ガスが導入されシフト触媒２３ａが触媒再生温度（後述する）まで昇温される。また、第２熱交換器８７ｂにおいても起動時でまだ低温であるＣＯシフト部２３を通過中の改質ガスが燃焼ガスとの間で熱交換されて昇温され、ＣＯシフト部２３においては、昇温された改質ガスが折り返し部以降のシフト触媒２３ａが触媒再生温度（後述する）まで昇温される。
【００５５】
ＣＯシフト部２３の温度制御は、暖機ユニット８６への空気の投入量（供給量）を調整することによって行っている。その投入量は、燃料の供給量を１としたときに、投入開始時（燃料電池システム暖機開始時）に１．１とし、投入終了時（燃料電池システム暖機完了時）に０とする。投入開始から終了までの間においては、その供給量は可変であり、その範囲は０．２〜１．１である。いずれにしても、供給量は、シフト触媒の耐熱温度（例えばＣｕ系では３５０℃以下）、活性温度域（例えばＣｕ系では１５０〜３５０℃）を考慮して設定されており、実際には、ＣＯシフト部２３すなわちシフト触媒２３ａの温度が活性温度域１５０℃〜３５０℃となるように設定されている。
【００５６】
一方、ＣＯ選択酸化部２４の温度制御は、ＣＯ選択酸化部２４への空気の投入量を調整することによって行っている。その投入量は、燃料の供給量を１としたときに、投入開始時（燃料電池システム暖機開始時）に０．３とし、投入終了時（燃料電池システム暖機完了時）に０．３とする。投入開始から終了までの間においては、その供給量は可変であり、その範囲は０．３〜１である。いずれにしても、供給量は、ＣＯ選択酸化部２４の選択触媒２４ａの活性温度域（１１０〜２００℃）を考慮して設定されており、実際には、ＣＯ選択酸化部２４の入口温度が１１０℃〜２００℃となるように設定されている。
【００５７】
このように改質ガスの生成中において、制御装置３０は、温度センサ２３ａ１によりＣＯシフト部２３の触媒２３ａの温度を検出し、この検出した温度が第２の所定温度Ｔｈ２以上となれば（時刻ｔ３）、第２空気バルブ９７を閉じて暖機ユニット８６への空気の供給を停止する（ステップ１１４，１１６）。これにより、第１および第２熱交換器８７ａ，８７ｂに供給される燃焼ガスの熱量が減少し、すなわち燃焼ガスによって改質ガスが昇温されなくなる。
【００５８】
制御装置３０は、時刻ｔ３からタイマのカウントを開始し、タイマが第２所定時間Ｔ２（例えば３分）以上となれば（時刻ｔ４）、第１改質ガスバルブ７４および第１オフガスバルブ７５ならびに第２オフガスバルブ９２を開き、第３オフガスバルブ９３、第１および第２燃焼ガスバルブ９４，９５および第２改質ガスバルブ７６を閉じて、ＣＯ選択酸化部２４を燃料電池１０の燃料極１１の導入口に接続するとともに燃料極１１の導出口をバーナ２２ｂに接続する（ステップ１１８，１２０）。
【００５９】
そして、制御装置３０は、ステップ１２２において、定常運転（燃料電池１０を発電させる運転モード）を開始する。このとき、燃料ポンプ４３、水ポンプ５３および空気ポンプ６３の駆動を継続させて燃料、水（水蒸気）および空気を改質装置２０に供給する。具体的には、改質水の供給流量は時刻ｔ１からほぼ一定であり、燃料の供給流量は時刻ｔ２からほぼ一定であるので、改質部２１にはそれぞれ供給開始時と同一量（通常運転中の供給量）の改質水および燃料が所定の比率（例えばＳ／Ｃ（スチーム・カーボン比）＝３）にて供給され続けている。また、ＣＯ選択酸化部２４への酸化用空気の供給流量は基本的には時刻ｔ２からほぼ一定であるが、ＣＯ選択酸化部２４の導入口の温度を１１０℃〜２００℃の間に制御するようにその供給流量を調整している。また、燃焼用燃料ポンプ４８および燃焼用空気ポンプ６６を駆動させ燃焼用燃料および燃焼用空気をアノードオフガスの供給量を考慮した所定流量（所定供給量：定常運転流量）となるようにバーナ２２ｂに供給する。そして、停止スイッチが押されると、燃料電池システムは停止する。
【００６０】
上述した説明から理解できるように、この実施の形態においては、燃料電池システムの起動時に、第１および第２空気バルブ６４，９７を制御して暖機ユニット８６と一酸化炭素選択酸化部２４への酸化剤ガスの供給量比が、シフト触媒２３ａおよび選択酸化触媒２４ａの活性温度域を考慮して設定された所定比となるように、暖機ユニット８６および一酸化炭素選択酸化部２４に酸化剤ガスがそれぞれ供給される。したがって、暖機ユニット８６によって一酸化炭素シフト反応部２３が速やかに暖機されるとともに一酸化炭素選択酸化部２４も暖機されるので、燃料電池システム全体として効率よくかつ早期に暖機することができる。また、起動に必要な投入エネルギを低減し、運転時の平均発電効率を上昇させる。
【００６１】
また、暖機ユニット８６は複数の熱交換部（熱交換器）からなり、各熱交換部にはそれぞれ酸化剤ガスが分配されて供給されていることにより、一酸化炭素シフト反応部２３を複数箇所から暖機するので、一酸化炭素シフト反応部２３の暖機時間をより短縮することができ、結果として燃料電池システムの暖機時間をより短縮することができる。
【００６２】
また、暖機ユニット８６の複数の熱交換部のうち何れかは、少なくとも一酸化炭素シフト反応部２３の改質ガス導入口２３ｆまたは同改質ガス導入口２３ｆと改質ガス導出口２３ｅの中間位置（例えば折り返し部）の何れかに設けられていることにより、一酸化炭素シフト反応部２３を効率よく暖機することができる。
【００６３】
また、改質水を改質部２１に供給する改質水供給手段をさらに備え、この改質水供給手段は、暖機ユニット８６が稼動中に通常運転中の供給量より多い量の改質水を供給することにより、一酸化炭素シフト反応部２３を昇温することにより、一酸化炭素シフト反応部２３の暖機時間をさらに短縮することができ、結果として燃料電池システムの暖機時間をさらに短縮することができる。さらに、改質水の供給量を増やす効果として下記のものが挙げられる。
１）流速を上昇させ、時間当たりの熱交換量を上昇させることにより、起動時間を短縮することができる。
２）触媒の温度上昇を抑制することにより、耐久性を向上させることができる。
３）一酸化炭素シフト反応部２３の入口部分の温度上昇集中を緩和し、一酸化炭素シフト反応部２３中段・後段も温度上昇しやすくすることにより、起動性および耐久性を向上させることができる。
４）上記２）および３）により時間当たりの投入熱量も上昇させることにより、起動性を向上させることができる。
【００６４】
なお、上述した実施の形態においては、本発明を、水蒸気改質方式の改質装置２０を備えた燃料電池システムに適用したが、オートサーマル方式の改質装置を備えた燃料電池システムに適用可能である。
【００６５】
また、上述した実施の形態においては、暖機ユニット８６は、一酸化炭素選択酸化部２４から導出される改質ガスおよび酸化剤ガスを導入して内蔵の燃焼触媒によって燃焼し、その燃焼熱によって一酸化炭素シフト反応部２３を直接加熱することにより、一酸化炭素シフト反応部２３を加熱するようにしてもよい。また暖機ユニットの触媒を他に別に設けたユニットに移動させ、そのユニットにて燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスを第１および第２熱交換器８７ａ,８７ｂに供給するようにしてもよい。
【００６６】
また、上述した実施の形態においては、酸化剤ガス供給手段に設けられて、暖機ユニット８６とＣＯ選択酸化部２４への酸化剤ガスをその供給量を調整可能に分配する酸化剤ガス分配手段を流量調整可能である第１および第２空気バルブ６４，９７で構成するようにしたが、酸化用空気供給管６１と燃焼器用空気供給管８９の分岐点に設けた開閉度が制御可能な３ポート弁で構成するようにしてもよい。なお、第２空気バルブ９７を設けないようにしてもよい。この場合、第３および第４バルブ９８，９９によって第２空気バルブ９７の機能を代用するようにすればよい。
【００６７】
また、上述した実施の形態においては、第１および第２熱交換器８７ａ，８７ｂへの酸化剤ガスをその供給量を調整可能に分配する流量調整手段として第３および第４空気バルブ９８，９９で構成するようにしたが、燃焼器用空気供給管８９と供給管８９ａの分岐点に設けた開閉度が制御可能な３ポート弁で構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明による燃料電池システムの一実施の形態の概要を示す概要図である。
【図２】（ａ）は図１に示すＣＯシフト部および暖機ユニットを示す断面図であり、（ｂ）は図２（ａ）に示す２ｂ−２ｂ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。
【図４】図２に示した制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図５】図２に示した制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図６】本発明による燃料電池システムの第１の実施の形態の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１０…燃料電池、１１…燃料極、１２…空気極、２０…改質装置、２１…改質部、２１ａ…改質触媒、２１ａ１…温度センサ、２１ｂ…反応室、２２…燃焼部、２２ｂ…バーナ、２３…ＣＯシフト部、２３ａ…触媒、２４…ＣＯ選択酸化部、２４ａ…触媒、２４ａ１…温度センサ、３０…制御装置、４１…燃料供給管、４２…第１燃料バルブ、４３…燃料ポンプ、４４…脱硫器、４５…第２燃料バルブ、４６…熱交換部、４６ａ…温度センサ、４７…燃焼用燃料供給管、４８…燃焼用燃料ポンプ、５１…給水管、５２…水蒸気供給管、５３…水ポンプ、５４…水バルブ、５５…蒸発器、５５ａ…温度センサ、６１…酸化用空気供給管、６２…フィルタ、６３…空気ポンプ、６４…第１空気バルブ、６５…燃焼用空気供給管、６６…燃焼用空気ポンプ、６７…カソード用空気供給管、６８…カソード用空気ポンプ、６９…カソード用空気バルブ、７１…改質ガス供給管、７２…オフガス供給管、７３…バイパス管、７４…第１改質ガスバルブ、７５…第１オフガスバルブ、７６…第２改質ガスバルブ、７７，７８，７９…凝縮器、８１，８２…排気管、８４…回収水導出管、８６…暖機ユニット、８７ａ，８７ｂ…第１および第２熱交換器、８８…燃焼用オフガス供給管、８９…燃焼器用空気供給管、９０…燃焼ガス供給管、９１…燃焼ガスバイパス管、９２…第２オフガスバルブ、９３…第３オフガスバルブ、９４，９５…第１および第２燃焼ガスバルブ、９７…第２空気バルブ、Ｓａ…空気供給源、Ｓｆ…燃料供給源、Ｓｗ…改質水供給源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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